광학 투명 접착제 (OCA) 는 플렉시블 전자 부품의 핵심 재료로 큰 응변, 온도 및 습도 환경에서의 역학적 행위를 연구하는 것이 접을 수있는 화면의 신뢰성 설계에 매우 중요합니다.기존의 연구는 대부분 작은 응변 (<100%) 과 일반적인 환경 조건에 국한되어 있으며, 실제 응용에서 OCA는 온도 환경 및 1000% 에 달하는 큰 응변을 견딜 수 있으며, 전통적인 선형 점탄성 모델은 OCA의 복잡한 역학 응답을 묘사하기 어렵다.그러므로,남방과학기술대학 원홍안 부교수팀온도 범위, 습도 수준, 응변율에 따라 OCA의 큰 응변 역학적 행위를 연구하여 비선형 점탄성 본체 모델을 구축하였다.

이 문서에서는 95% RH의 습도 환경에서 다양한 온도(-40°C~80°C), 및 응변율(0.01-5s ⁻¹)에 대한 단일 축 스트레칭, 단순 절단(응변 1000%) 및 10시간 웜업 테스트를 수행합니다(그림 1).디지털 이미지 관련 기술(DIC)으로 측정한 OCA의 박송비 μ0.46은 압축이 불가능에 가까운 재료의 특성을 검증했다(그림 5).

그림 1 역학 실험 (인장, 절단, 웜, 벤드) 의 로드 설명도

실험 결과, OCA의 계량은 -40°C에서 25°C로 올라갈 때 계량이 84% 감소하고, 25°C에서 80°C로 41% 더 감소하며, 저온(-40°C)에서 절단 계량은 262.3kPa에 달하고, 고온(80°C)에서는 20kPa로 급감한다(그림 2).연변시험에서 고온고습(80°C, 95% RH) 환경으로 인한 수증기 침식으로 OCA 재료는 빠른 실효가 발생하며 그 단열응변은 1500% 에 가깝다 (그림 3).그러나 상온에서의 습도 변화는 계량에 미약한 영향을 미친다.응변율 효과는 5s⁻¹에서 응력치가 0.01s⁻¹에서 2배 향상되는 등 고온에서 OCA 점탄성 응답이 현저히 약화되는 것으로 나타났다.

그림 2 (a) 25 ℃ 에서 서로 다른 응변률 하의 스트레칭 시험, (b) 25 ℃, (c) 65 ℃ 와 (d) 80 ℃ 에서 서로 다른 응변률 하의 절단 시험

그림 3 (a) 온도별 단순 절단 결과, (b) 저온 스트레칭 결과 및 (c) 온도별 50kPa 응력에서의 웜업 시험

본고는 3단계 Yeoh 초탄성 모델을 이용하여 재료의 비선형 탄성 응답을 묘사하고 넓은 의미의 Maxwell 모델 (Prony 급수) 과 결합하여 그 점탄성을 표징하여 전통적인 선형 점탄성 가설의 한계를 돌파하였다.매개 변수를 확정하는 과정에 혁신적으로 매개 온도점에 대해 독립적으로 Yeoh모델과 Prony급수모델의 매개 변수를 확정하여 전통적인 시간-온도등효리론 (WLF방정식) 이 큰 응변에서의 실효문제를 피면함으로써 모델의 정밀도를 뚜렷이 제고시켰다.세 가지 구부러진 시뮬레이션을 통해 본 구조 모델과 파라미터의 합리성을 검증하였으며, 시뮬레이션 결과 실험은 시뮬레이션의 힘-변위 곡선과 일치하여 점탄성 지체와 응력 이완 현상을 성공적으로 재현하였다.

그림 4 FEM 3점 커브 로드 다이어그램 및 응력 클라우드 다이어그램

그림 5(a) 3점 벤딩 시험(로드-오프로드), (b) 로드-유지-오프로드 시험 결과와 FEM, (c) 10, (d) 60, (e) 300, (f) 600s 서로 다른 유지 시간에서의 로드-오프로드 시험 결과와 FEM의 비교 (g) DIC 반점 분포와 파송비

요약하자면, 본 연구는 유연성 전자 부품에서 OCA가 서로 다른 온도, 응변 속도, 습도 조건에서의 대응변 역학적 행위를 실험과 수치 방법으로 체계적으로 연구하였다.OCA와 같은 연질 재료의 역학적 성능을 분석하는 일반적인 방법을 제시하였는데, 여기에는 재료 테스트, 본체 매개변수 교정, 검증 및 모델과 매개변수를 복잡한 대응변 역학 행위의 유한원 시뮬레이션에 응용하는 것이 포함된다.이 모델은 OCA의 응력-응변 관계에 초점을 맞추고 있다.대응변 과정에서 OCA 분자 네트워크가 파괴되어 목 수축 등의 현상을 초래할 수 있으며, 기존 모델은 이러한 손상 메커니즘을 고려하지 않았다.

해당 논문은'Large strain mechanical behaviors of optically clear adhesives for flexible electronic devices under different temperature, humidity, and strain rates'라는 제목으로'Journal of Applied Polymer Science'에 실렸다.